焦耳定律讲义
知识点一：电流的热效应
1.定义：电流通过导体时，电能要转化为热能，这个现象叫电流的热效应。
利用电流的热效应工作的电器叫作电热器
实验探究：影响电热大小的因素
设计并进行实验：采用控制变量法，分别探究各因素的影响。
（1）探究电流产生的热量与电阻的关系
如图所示，在两个透明容器中封闭着等量的空气，容器分别连着U
型管的一端；没有加热时，U型管中液面是相平的。两密闭容器中各有
一段电阻丝，且右边容器中的电阻比较大。当通电时，电阻丝发热，加
热容器中的空气，空气受热膨胀，U型管中液面高度会发生变化，U型
管中液面高度的变化反映了密闭空气温度的变化。
将容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过两电阻丝的电流相等。通电一定时间后，比较两个U型管中液面高度的变化，发现于右边容器想通的U型管中液面高度的变化更大些。
结论：在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。
（2）探究电流产生的热量与电流的关系
如图，两个密闭容器中的电阻丝阻值均是5Ω，在右侧的容器的外部，将
一个5Ω的电阻与这个容器中的电阻并联，因此通过左侧容器中电阻丝的电流
大于右侧容器中电阻丝的电流。在通电时间相同的情况下，观察两个U型管中
液面高度的变化，发现左侧U型管中液面高度的变化更大一些。
结论：在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，
这个电阻产生的热量越多。
（3）探究电流产生的热量与通电时间的关系
将这套装置接到电源两端，在通电过程中，只观察左侧U型管中液面高度的变化，发
现随着通电时间的增加，U型管中液面高度的变化逐渐变大。
注意：第一次实验中，5Ω和10Ω的电阻串联，目的是控制电流和通电时间相同。第
二次实验中控制电阻和通电时间相同，两次实验均用到控制变量法。
本实验中将电阻丝产生的热量通过U型管中液面高度的变化显示出来，运用了转换法。
实验中应使两容器密闭，不能漏气。
练习：
1.在如图所示的家用电器中，没有用到电流的热效应的是()
2.【中考·扬州】电炉中的电阻丝通电一段时间后变得很烫，而连接的导线却不怎么热，主要是( )
A．通过导线的电流小于通过电阻丝的电流 B．导线的绝热皮隔热
C．导线散热比电阻丝快 D．导线的电阻远小于电阻丝的电阻
3.【中考·河南】用同种材料制成两段长度相等、横截面积不同的圆柱形导体，甲比乙的横截面积大，如图所示，将它们串联在电路中，通电一段时间后，比
较甲、乙两导体升高的温度，下列判断正确的是( )
A．甲导体的温度升高得多 B．乙导体的温度升高得多
C．甲、乙两导体升高的温度相同 D．条件不足，无法判断
4.【中考·金华】夏天来临，为了避免蚊虫的侵扰，许多家庭都会使用电热灭蚊器，如图所示的是某品牌电热灭蚊器的简化电路，电热灭蚊器是根据________________原理制成的。
知识点二：焦耳定律
（1）定义：流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。这个规律叫做焦耳定律。
（2）公式：Q =I2Rt
（3）单位：焦耳J
（4）
（5）焦耳定律适用于任何用电器的热量计算，对只存在电流热效应的电路也可用Q =W = U It = Pt = U2/R t来计算热量.当电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没
有同时转化成其他形式的能量，那么电流产生的热量Q 就等于消耗的电能W ，即Q = W = UIt = I2Rt (如：电暖器，电饭锅，电炉子等)此时：Q = W = Pt = UIt =
R
U
2
当电扇工作
时，消耗的电能主要转化为电机的机械能：电能 =内能+机械能W ＞Q 热 练习：
1.【中考·自贡】计算电流通过电风扇产生的热量，下面公式选用正确的是( )
A ．UIt B.2
U t R
C ．I 2Rt
D ．前面三个都可能
2.[兰州]关于电流通过导体时产生的热量，以下说法正确的是( ) A ．根据Q ＝I 2Rt 可知，电阻越大，相同时间内产生的热量越多 B ．根据Q ＝2
U R t 可知，电阻越大，相同时间内产生的热量越少
C ．根据Q ＝UIt 可知，相同时间内，电流产生的热量与电阻无关
D ．根据Q ＝I 2Rt 可知，在电流一定时，电阻越大，相同时间内产生的热量越多
3.【中考·泰州】小明用如图装置探究电流产生的热量与电流的关系，锥形瓶内装有200 g 煤油，他先闭合开关，调节滑片P 使电流表示数为0.5 A ，记录到5分钟内温度计示数升高了5 ℃，则煤油吸收的热量为________J ，接着他调节滑片P 使电流表示数发生改变，观察并记录________温度计示数的变化，对比前后数据，可初步得到结论。利用该装置还可以探究电流产生的热量与________的关系。[c 煤油＝2.1×103 J/(kg ·℃)]
4.如图所示，电源电压保持6 V 不变，电阻R1＝10 Ω，R2＝20 Ω，闭合开关S ，通电30 s ，则电阻R1产生的热量为________J 。
5.某校师生自制了一台电烘箱。电烘箱的电阻丝通过5 A 的电流时，每分钟可产生
6.6× l04J 的热量。求这台电烘箱的电功率和电阻丝工作时的电阻。
6.某导体的电阻是2Ω，通过2A的电流时，1min产生多少焦耳的热量？
7.一只额定功率是450W的电饭锅，在额定电压下使用，每分钟产生多少热量？
8.某电动机上标有“220V，2A”它的线圈电阻为5 ?，当它正常工作一分钟后，消耗的电能为多少？线圈中产生的热量为多少？如没有其他能量的损失，则得到多少的机械能？
知识点三：电热的利用和防止
电流通过导体时，使导体只发热的用电器是利用电流的热效应，这类用电器称为电热器，而电热器的主要部分是发热体.
电热器的优点: 清洁卫生，没有环境污染，热效率高，还可以方便地控制和调节温度。
电热有利的一面：取暖、加热食物等
很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。如：电视机的后盖有很多孔，为了通风散热；电脑运行时要用微型风扇及时散热等等。
电热有害的一面：轻则用电器烧坏；重则引发火灾。
减小电热产生的危害：
1.减小电阻（更换导线）
2.加快散热（散热孔、散热片、散热风扇等）
练习：
1.下列情况中不属于防止电热危害的是( )
A.电视机的后盖有许多孔
B.电脑机箱内有小风扇
C.电动机外壳有许多散热片
D.家电长时间停用，隔一段时间应通电一次 2.下列现象，不属于利用电热的是( )
A ．用电饭锅煮饭
B ．用电热孵卵器孵小鸡
C ．用电熨斗熨衣服
D ．电视机加散热窗
3.一个大功率用电器，用铝导线连接到电源上，工作时发现铝导线太热，若要使这铝导线不要太热，下列办法最切实可行的是( )
A ．减小电路中的电流
B ．将原来的铝导线加长些
C ．将原来的铝导线换成粗细、长度相同的铁导线
D ．换用更粗的铝导线
4.当一个电阻的阻值为R 时，将它接在电路中通电一段时间，产生的热量为Q 。如果要使它产生的热量为2Q ，下列办法中可行的是( )
A ．将电压变为原来的2倍，通电时间变为原来的1
2 B ．将电阻变为原来的2倍，通电时间变为原来的1
2 C ．将电阻变为原来的1
2，通电时间变为原来的2倍 D ．将电压变为原来的1
2，电阻变为原来的2倍
热学与电学的综合计算
类型一 电热器挡位问题的分析
以内部电热丝为R1与R2组成的三档位电热器为例，对应关系如下表：
1..如图所示是某款电热水龙头的电路原理图，R1、R2为电热丝，
通过旋转手柄可使扇形开关S同时接触两个相邻触点，实现冷水、温
水、热水挡之间的切换．当开关同时接触2、3触点时，水龙头放出的
是______水（填“冷”、“温”或“热”），若R1=2R2，水龙头在温水挡
正常工作时电功率为2000W，则它在热水挡位时的功率为_______它在热水挡时正常工作1min可产生的热量为________J．
2.小红家买了一台电烤箱，有高、中、低三个挡位的发热功率。如图是其
内部简化电路图，开关S1可分别与触点a、b接触，已知：R1＝60.5 Ω，R2
＝121 Ω，电源电压保持不变。当开关S1置于b端，S2断开时，电烤箱处
于_____挡位；电烤箱在中挡位工作时，消耗的电功率是_____W；电烤箱在
高挡位工作时，对食物加热5 min，消耗的电能是_________J。
3.冬天，王刚同学使用电热毯时发现电热毯有高温挡和低温挡，于是他设计了电热毯的模拟电路图甲和图乙（电热丝相当于电热毯内部发热电阻）。
（1）图甲中有定值电阻R1（置于电热毯外部），电热丝R2，请说明要使电热毯处于低温挡，开关S1、S2应处于什么状态？并写出低温挡时电热毯发热电功率的表达式.
（2）图乙中有两根电热丝R2、R3，请说明要使电热毯处于高温挡，开关S1、S2应处于什么状态？并写出高温挡时电热毯发热电功率的表达式.
（3）请指出你认为其中较好的电路，并说明理由.
4..小明家买了一台电烤箱，有低、中、高三个挡位的发热功率，如图是其内部简化路图，开关S1可分别与触点a 、b 接触.已知：R1=48.4Ω，R2=96.8Ω，电源电压保持不变.请分析和解答以下问题：
（1）当开关S1置于b 端、S2断开时，电烤箱处于什么挡位？简述理由. （2）电烤箱在中挡位工作时，消耗的电功率是多少？
（3）电烤箱在高挡位工作时，对食物加热6min ，消耗的电能为多少？
5.(苏州中考)如图是某家用电热水器的简化电路图，温控开关S 可根据水温自动切换加热和保温两种状态，R1、R0是发热电阻，电热水器主要参数如下表。[水的比热容为4.2×103 J/(kg ·℃)]
(1)开关S 跳至___触点位
置时，电热水器进入保温状态。水箱内装满水时，水的质量为_____kg 。
(2)R2的阻值为多大？
(3)水箱中装满初温为25 ℃的水，加热使温度升高到55 ℃，水需要吸收多少热量？ (4)在上述加热状态下，电热水器正常工作35 min 需消耗多少电能？加热效率是多少？
额定电压 220 V 容积 30 L 加热功率
2 000 W
保温功率
800 W
关于电动机的计算
小明利用电动机提升重物，电源电压为380 V保持不变，电动机线圈电阻为1 Ω，通过线圈的电流为20 A。则：
(1)电动机线圈电阻的发热功率是多少？
(2)电动机的机械功率是多少？